Question

KMnO₄在生产和生活中有着广泛用途，某化学小组在实验室制备KMnO₄并探究其性质。请回答：

(一) KMnO₄的制备，分步骤I、II两步进行。

步骤I.先利用下图所示装置制备K₂MnO₄

(1)装置A应选用______________(填a、b或c)。

(2)装置B中所盛试剂的名称为_________________。

(3)装置C处反应生成K₂MnO₄的化学方程式为_____________________。

步骤II.由K₂MnO₄制备KMnO₄。已知: K₂MnO₄易溶于水，水溶液呈墨绿色。

主要过程如下：

①充分反应后，将装置C处所得固体加水溶解，过滤；

②向滤液中通入足量CO₂，过滤出生成的MnO₂；

③将滤液蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，得KMnO₄晶体。

(4)过程②向滤液中通入足量CO₂，可观察到的现象为____________________；

该步反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______________。

(二) KMnO₄的性质

巳知: KMnO₄具有强氧化性，可与草酸(H₂C₂O₄)反应。

(5)写出KMnO₄酸性溶液与草酸反应的离子方程式    _______________________。   

(6)基于(5)的反应原理，探究浓度对化学反应速率的影响。

可供选择的试剂有:①0.01 mol·L^-1 1 KMnO₄酸性溶液；②0.3 mol·L^-1 KMnO₄酸性溶液；③0.1 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液；④0.2 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液

所选试剂为______(填序号)；简要描述所设计的实验方案______________________________。

Answer

b 浓硫酸 4KOH＋2MnO2＋O22K2MnO4＋2H2O 墨绿色溶液变为紫红色，同时有黑色固体生成。 1:2 2 MnO4-+ 5 H2C2O4 + 6 H+ = 2 Mn2+ + 10 CO2↑ + 8 H2O ①③④ 取两支试管，分别加入等体积的0.01 mol·L-1 KMnO4酸性溶液，再分别向其中加入过量的等体积不同浓度的H2C2O4溶液，H2C2O4溶液浓度越大褪色越快。

【解析】(1)要生成高锰酸钾，需要强氧化剂，因此A装置提供的气体具有强氧化性，由于二氧化锰能氧化浓盐酸生成氯气，所以装置A应选用b装置，制备氧气。(2)生成的氧气必须干燥，则装置B的作用是干燥氧气，其中所盛试剂的名称为浓硫酸。(3)装置C处反应生成K2MnO4的同时根据原子守恒可知还有水生成，反应的化学方程式为4KOH＋2MnO2＋O22K2MnO4＋2H2O。(4)过程②向滤液中通入足量CO2，锰酸钾转化为二氧化锰和高锰酸钾，因此可观察到的现象为墨绿色溶液变为紫红色，同时有黑色固体生成，该步反应中二氧化锰是还原产物，高锰酸钾是氧化产物，即Mn从+6价降低到+4价，升高到+7价，根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2。(5)KMnO4酸性溶液与草酸发生氧化还原反应的离子方程式为2MnO4-+ 5H2C2O4 + 6H+ =2Mn2+ + 10CO2↑ + 8H2O。(6)要探究浓度对化学反应速率的影响需要固定一种物质的浓度，而改变另一种物质的浓度，由于可以通过观察溶液颜色的变化判断反应快慢，因此固定说高锰酸钾溶液的浓度，而②的浓度太大，所以选择的试剂是①③④，实验方案为取两支试管，分别加入等体积的0.01 mol·L-1 KMnO4酸性溶液，再分别向其中加入过量的等体积不同浓度的H2C2O4溶液，H2C2O4溶液浓度越大褪色越快。

点睛：该题的难点是氧化还原反应方程式配平和有关计算以及探究浓度对反应速率影响的实验方案设计与探究。注意电子得失守恒和控制变量法的灵活应用。得失电子守恒是指在发生氧化还原反应时，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。得失电子守恒法常用于氧化还原反应中氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的有关计算及电解过程中电极产物的有关计算等。电子守恒法解题的步骤是：首先找出氧化剂、还原剂及其物质的量以及每摩尔氧化剂、还原剂得失电子的量，然后根据电子守恒列出等式。计算公式如下：n(氧化剂)×得电子原子数×原子降价数＝n(还原剂)×失电子原子数×原子升价数。利用这一等式，解氧化还原反应计算题，可化难为易，化繁为简。